Determination of Water Quality by Analysing Unmanned Aerial Vehicle Data and Physico-Chemical Parameters: The Case of Aydınlar (Gülüç) Stream

Öz

In this study, the water quality of Aydınlar (Gülüç) Stream, which is used for irrigation, has been examined in terms of physico-chemical parameters and comparative evaluations were realized with spectral analysis of unmanned aerial vehicle (UAV) data. Within the scope of this study, we determined three distinct locations to collect water samples for evaluation and water samples were taken to represent the water quality of the stream in the periods such as, June 2019 (dry period) and September and December 2019 (rainy periods). The samples were evaluated in terms of their pH levels, electrical conductivities (EI), turbidities, total suspended solids (TSS), temperature values and chemical oxygen demands (COD), biochemical oxygen demands (BOD5), dissolved oxygen (DO) levels, total kjeldahl nitrogen (TKN), total phosphate (TP) and oil-grease analysis. Average pH, conductivity, turbidity, temperature and TSS values were measured respectively, 7.67-8.32, 815-1106 µS/cm, 14.91-20.95 NTU, 9.34-25.34 °C and between 32.84-82.67 mg/L; DO, BOD5, COD, TP, TKN and oil-grease values measured average respectively as; 2.34-3.40 mg/L, 8.14-20.14 mg/L between 96.44-132.7 mg/L, 0.179-0.296 mg/L, 13.91-20.14 mg/L and 0.0087-0.016 mg/L. Detected physico-chemical parameters have been evaluated according to the Surface Water Quality Regulation (SWQR). In addition, the determined spectral changes on the water surface caused by the physico-chemical parameters were analyzed over generated ortho-mosaics by processing aerial photos obtained with high-resolution camera equipped UAV. As a result, we can state that Aydınlar Stream's water’s average concentrations of DO, BOD5, COD, TP and TKN levels, according to the values specified in SWQR, show III. class and IV class water quality properties.

Anahtar Kelimeler

• Aydınlar Stream
• Water Quality
• Physico-Chemical Parameters
• Unmanned Aerial Vehicle

Su Kalitesinin İnsansız Hava Aracı Verileri ve Fiziko-Kimyasal Parametrelerin Analizi ile Belirlenmesi: Aydınlar (Gülüç) Çayı Örneği

Öz

Bu çalışmada, sulama suyu amaçlı kullanılan Aydınlar (Gülüç) çayının fiziko-kimyasal parametreler açısından su kalitesi incelenmiş ve insansız hava aracı (İHA) verilerinin spektral analizi ile karşılaştırmalı değerlendirmeleri yapılmıştır. Çalışma kapsamında, su kalitesini belirlemek için üç farklı numune alım noktası belirlenmiş ve Haziran 2019 (kurak dönem), Eylül 2019 ve Aralık 2019 (yağışlı dönem) tarihlerinde çayı temsilen su numuneleri alınmıştır. Alınan numunelerin pH, elektriksel iletkenlik (Eİ), bulanıklık, askıda katı madde (AKM), sıcaklık değerleri ile kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), biyokimyasal oksijen ihtiyacı (BOİ5), çözünmüş oksijen (ÇO), toplam kjeldahl azotu (TKA), toplam fosfat (TP) ve yağ-gres analizleri gerçekleştirilmiştir. pH, Eİ, bulanıklık, sıcaklık ve AKM değerleri sırasıyla ortalama 7.67-8.32, 815-1106 µS/cm, 14.91-20.95 NTU, 9.34-25.34 °C ve 32.84-82.67 mg/L arasında, ÇO, BOİ, KOİ, TP, TKA ve yağ-gres değerleri ise sırasıyla ortalama 2.34-3.40 mg/L, 8.14-20.14 mg/L, 96.44-132.7 mg/L, 0.179-0.296 mg/L, 13.91-20.14 mg/L ve 0.0087-0.016 mg/L arasında ölçülmüştür. Tespit edilen fiziko-kimyasal parametreler Yerüstü Su Kalitesi Yönetmeliği (YSKY)’ne göre değerlendirilmiştir. Ayrıca, belirlenen fiziko-kimyasal parametrelerin su yüzeyinde meydana getirdiği spektral (renk) değişimler, yüksek çözünürlüklü kamera donanımına sahip İHA ile elde edilen hava fotoğraflarının işlenmesi sonucu üretilen ortomozaikler üzerinden analiz edilmiştir. Sonuç olarak, Aydınlar Çay’ının ÇO, BOİ5, KOİ, TP ve TKA ortalama konsantrasyonları YSKY’in de belirtilen değerlere göre III. Sınıf ve IV. Sınıf su kalite özelliği gösterdiği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Aydınlar Çayı
• su kalitesi
• Fiziko-Kimyasal parametreler
• İnsansız hava aracı

Kaynakça

1. APHA. (2005). Standard Methods of Water and Wastewater, 21st Ed., American Public Health Association, Washington, DC., ISBN:0875530478, pp: 2-61.
2. Aras, S., İpek, G.G. 2019. Kızılırmak Nehri (Nevşehir) Yüzey Suyu Kalitesinin Coğrafi Bilgi Sistemleri ile Değerlendirilmesi. KSÜ Mühendislik Bilimleri Dergisi, 22 (2).
3. Avvannavar, M.S., Shrihar, S. (2008). Evaluation of water quality index for drinking purposes for river Netravathi, Mangalore, South India. Environ Monit Assess, 143:279.
4. Bat, L., Özkan, E.Y. (2015). Heavy Metal Levels in Sediment of the Turkish Black Sea Coast. Oceanography and Coastal Informatics: Breakthroughs in Research and Practice, Page 86-107.
5. Birici N., Karakaya G., Şeker T., Küçükyılmaz M., Balcı M., Özbey N., Güneş M. (2017). Çoruh Nehri su kalitesinin su kirliliği kontrolü yönetmeliğine göre değerlendirilmesi. Int. J. Pure Appl. Sci., 3(1), 54-64.
6. Bozcaarmutlu, A., Sapmaz, C., Aygun, Z., Arınç, E. (2009). Assessment of pollution in the West Black Sea Coast of Turkey using biomarker responses in fish. Marine Environmental Research, Volume 67, Issues 4–5, Pages 167-176.
7. EPA, (2009). Ground water and drinking water, Environmental Protection Agency, U.S.
8. Güneş, G. 2019. Bartın Nehri’nin Fizikokimyasal Özelliklerinin Yağışlı ve Kurak dönemlerdeki Değişimi. DEÜ FMD 21(63), 761-774.

9. Güler, Ç., Çobanoğlu, Z. (1997). Su Kalitesi Kitabı.
10. Hacioglu, N., Dulger, B. (2009). Monthly variation of some physico-chemical and microbiological parameters in Biga Stream (Biga, Canakkale, Turkey). African Journal of Biotechnology, 8(9), 1929-1937.
11. Karakış, S., Sefercik, U.G., Atalay, C. (2018). Point-based Accuracy Anaylse of Optical Unmanned Air Vehicle Data Derived by Low Cost Action Camera, International Conference Geomapplica 2018, Geomatics, Remote Sensing Earth Observation, Syros, Yunanistan, 25-29 Haziran.
12. Kavzoglu, T., Colkesen, I., Yomralioglu, T. (2015). Object Based Classification with Rotation Forest Ensemble Learning Algorithm Using Very High Resolution WorldView-2 Image. Remote Sensing Letters, 6(11), 834-843.
13. Maraşlıoğlu, F., Gönülol, A., Bektaş, S. (2017). Assessment of water quality in Mert Stream (Samsun, Turkey) base on some physicochemical parameters, Ecology Symposium 2017 Proceedings Book of Full Papers’ın içinde, Kayseri, Turkey, ss. 77-89.
14. Mutlu, E., Uncumusaoğlu, A.A. (2016). Physicochemical analysis of water quality of brook Kuruçay. Turkish Journal of Agriculture - Food Science and Technology, 4(11), 991-998.
15. Sefercik, U.G., Tanrıkulu, F., Atalay, C. (2020). SFM Tabanlı Yeni Nesil Görüntü Eşleştirme Yazılımlarının Fotogrametrik 3B Modelleme Potansiyellerinin Karşılaştırılması. Türkiye Fotogrametri Dergisi, Cilt: 2, Sayı: 2, Sayfalar: 39-45.
16. Sefercik, U.G., Karakış, S., Atalay, C. (2018). Topographic Description Potential of Laser UAVs by the Side of Terrestrial Laser Scanning, International Conference Geomapplica 2018, Geomatics, Remote Sensing Earth Observation, Syros, Yunanistan, 25-29 Haziran.
17. Søndegaard, M., Jensen, J.P., Jeppesen, E. (2001). Retention and internal loading of phosphorus in shallow, eutrophic lakes, Scient. World J., 1, 427.
18. Sur, M., Sur, H.İ., Apak, R., Erçağ, E. (2012). The Pollution Status of Bottom Surface Sediments along the Turkish Coast of the Black Sea. Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 12: 453-460.
19. Şen, F., Aksoy, A. (2015). Chemical and Physical Quality Criteria of Bulakbaşı Stream in Turkey and Usage of Drinking, Fisheries, and Irrigation. Journal of Chemistry, Volume 2015, Article ID 725082, 8 pages.
20. Şener, Ş., Şener, E., Davraz, A. (2017). Evaluation of water quality using water quality index (WQI) method and GIS in Aksu River (SW-Turkey). Science of the Total Environment, 584-585, 131-144.
21. Topal, M., Topal, E.I.A. (2015). 2014-2015 Kış Sezonunda Caro Deresi (Elazığ)’nin Bazı Fizikokimyasal Parametreler Açısından Su Kalitesinin Belirlenmesi. BEÜ Fen Bilimleri Dergisi, 4(1), 43-53. Ucun Özel, H., Gemici, B. (2016). Bartın Irmağı Kirlilik Profilinin Fiziksel Parametrelerle Belirlenmesi. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 7(1): 52-58. URL-1. (2018). Dünya Çevre Günü Türkiye Raporu. https://www.cmo.org.tr/resimler/ekler/0d4a5b926c005a6_ek.pdf.
22. URL-2. (2018). Zonguldak İli 2018 Yılı Çevre Durum Raporu, https://webdosya.csb.gov.tr/db/ced/icerikler/zongudak_2018-cdr_son-20190926093732.pdf.
23. URL-3. MGM. https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/il-ve-ilceler-istatistik.aspx?m=ZONGULDAK.
24. Walker, D., Jakovljevic, D., Savic, D., Radovanovic, M. (2015). Multi-criterion water quality analysis of the Danube River in Serbia: A visualisation approach. Water Research, 79: 158-172.
25. WHO. (2008). Guidelines for drinking-water quality, World Health Organization, Geneva, Switzerland.
26. YSKY (Yerüstü Su Kalitesi Yönetimi Yönetmeliği) 2015. 15.04.2015 Tarih ve 29327 Sayılı Resmi Gazete.
27. Zeydan, Ö., Ozdogan, N., Taştepe, P.Ş., Demirtaş, D. (2019). Kozlu Deresinde (Zonguldak) Su Kalitesinin İncelenmesi. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 5(2): 187-197.